## Rancang Bangun Robot Quadruped Penghindar Halangan Berbasis Arduino
Nanda Syafitri, Ahmad Zarkasi, Rossi Passarella Fakultas Ilmu Komputer Universitas Sriwijaya Palembang, Indonesia Email: zarkasi98@gmail.com
Abstrak—Penggunaan  robot  berkaki  sangat  meningkat didunia  robotika  karena  dengan  keterbatasan  sistem  gerak pada  robot  beroda.  Robot  berkaki  empat  ini  menggunakan gerakan kaki 2 DOF (Degree Of Freedom). Robot berkaki empat ini dibuat agar pergerakannya bisa berjalan dengan baik dan mampu mengendalikan kecepatannya dari langkah kaki robot tersebut.  Tujuan  penelitian  dari  penulis  ini  adalah  membuat robot  berkaki  empat  agar  terrhindar  dari  halangan  dengan menggunakan  sensor  ultrasonik.  Untuk  menghubungkan antara robot dan program Arduino IDE ini menggunakan kabel usb sebagai penghubungnya. Lalu menggunakan mikrokontroller  arduino  nano  atmega328  untuk  melakukan pemrosesan  data,  kemudian  mengirim  ke  motor  servo  untuk pergerakan  kaki  robotnya.  Berdasarkan  dari  hasil  pengujian yang telah dilakukan, robot berkaki empat dapat menghindar dengan  baik  dan  untuk  melihat  nilai  bila  ada  halangan didepannya  bisa  dilihat  di  serial  monitor  pada  program Arduino IDE.
Kata Kunci— Sensor Ultrasonik HC-SR04, Motor Servo MG  996R,  Ubec,  Arduino  Nano  ATMega  328P, dan Arduino IDE

## I. P ENDAHUUAN
Penerapan ilmu teknologi di era globalisasi sudah emakin berkembang  dengan  penggunaanya,  terutama  pada  bidang robotika. Perkembangan teknologi ini mengalami perkembangan pesat dari tahun ke tahun. Saat ini robot telah banyak  digunakan  dalam  membantu  dalam  kehidupan manusia  baik  dibidang  industri,  ekonomi,  kesehatan,  dan bidang-bidang lainnya [1].
Saat  ini  hampir  semua  orang  mengenal  yang  namanya robot.  Banyak  robot-robot  yang  telah  dibuat  oleh  para  ahli menirukan  bentuk anatomi  makhluk  hidup.  Salah  satu  yang sangat  disukai  adalah  robotberkaki.  Robot  merupakan perangkat  otomatis  yang  mampu  bergerak  sendiri  untuk menyelesaikan  sebuah  pekerjaan.  Banyak  sekali  jenis-jenis robot yang ada. Namun  berdasarkan alat  geraknya  robot ini diklasifikasikkan  menjadi  dua  jenis  yaitu  robot  berkaki  dan robot  beroda.  Robot  berkaki  adalah  robot  yang  bermanuver dengan kaki-kaki buatan, baik dengan robot berkaki dua yang sering  disebut  dengan  robot  humanoid,  robot  berkaki  tiga disebut dengan robot tripod, robot berkaki empat yang disebut dengan  robot  quadruped,  robot  berkaki  enam  yang  disebut dengan  robot  hexapod,  dan  robot  berkaki  banyak  yang lainnya.  Sedangkan,  robot  beroda  adalah  robot  yang bermanuver dengan menggunakan roda, baik itu dengan dua roda ataupun lebih dari dua roda [1].
Dan  disini  saya  membahas  robot  berkaki  empat  yang disebut dengan robot quadruped. Penggunaan  robot berkaki ini  sangat  meningkat  didunia  robotika  karena  dengan keterbatasan  sistem  gerak  pada  robot  beroda.  Pergerakan robot quadruped berkaki empat ini terdiri dari delapan motor
servo  yang  digunakan  dan  harus  dikontrol  sudutnya  untuk mencapai posisi yang diinginkan dan disini robot quadruped menggunakan sensor ultrasonik sebagai penghindar halangan yang ada didepan maupun kanan kirinya. Fungsi dari sensor ultrasonik pada robot ini agar terhindar dari sebuah halangan yang  akan  menjadi  acuan  bagi  robotnya  untuk  bisa menentukan arah belokan ke kanan ataupun kiri bila ada objek di  depan  yang  akan  menghalangi  robot  pada  saat  ia  sedang berjalan.  Posisi  sensor  ultrasonik  terletak  dibagian  kepala pada robotnya. Sensor ultrasonik ini digunakan sebagai sensor yang  mendeteksi  jarak  dari  sensor  ke  objek  yang  ada  di depannya.

## II. S TUDI P USTAKA

## A. Robot
Robot ini berasal dari kata “ robota ” yang dalam bahasa Ceko ( Crezh ) yaitu bekerja. Robot adalah sebuah mesin hasil dari rakitan manusia yang bekerja tanpa mengenal namanya lelah. Banyak orang awam yang beranggapan bahwa robot adalah suatu  alat  yang  menyerupai  manusia,  namun  pada  struktur tubuhnya ini terbuat dari logam [1]. Beberapa ahli robotika berupaya  memberikan  beberapa  definisi  mengenai  robot, antara lain sebagai berikut:
1. Robot  adalah  sebuah  manipulator  yang  dapat diprogram  ulang  untuk  memindahkan  tool,  material, atau peralatan tertentu dengan berbagai gerakan yang akan diprogram untuk berbagai tugas.
2. Robot  adalah  sebuah  mesin  yang  dilengkapi  dengan perangkat  memori  dan  juga  perangkat  terminal ( end-effector ) yang mampu berotasi dan menggantikan  pekerjaan  manusia  dengan  gerakan otomatis.

## B. Arduino IDE
IDE  ini  merupakan  singkatan  dari Integrated Development  Enviroenment ,  atau  secara  Bahasa  mudahnya itu merupakan suatu lingkungan yang terintegrasi digunakan untuk  melakukan  sebuah  pengembangan.  Arduino  IDE menggunakan bahasa pemrograman sendiri yang menyerupai bahasa C. Bahasa pemrograman Arduino ( Sketch ) ini sudah dilakukan suatu perubahan untuk memudahkan bagi pemula dalam  melakukan  suatu  pemrograman  dari  bahasa  yang aslinya.  Sebelum  dijual  nya  kepasaran,  IC  mikrokontroller Arduino ini sudah ditanamkan suatu program yang bernama Bootlader yang  berfungsi  sebagai  penengah  antara mikrokontroller dengan compiler Arduino. Arduino IDE ini dibuat  dari  bahasa  pemrograman  JAVA.  Arduino  IDE  ini juga dilengkapi dengan library C/C++ biasa disebut dengan Wiring yang  akan  membuat  suatu  operasi  inputan  dan outputnya  dengan  sangat  mudah.  Arduino  IDE  ini menunjukkan board yang  terkonfigurasi  beserta  dengan
COM port yang digunakan. Gambar 2.1 dibawah ini adalah tampilan utama di dalam program Arduino IDE [2].

## C. Mikrokontroller Arduino Nano AtMega328
Mikrokontroller  Arduino  Nano  ATMega328  ini  adalah sebuah  papan  pengembangan  ( development  board ), mikrokontroller yang berbasis pada chip ATMega328 dengan bentuk  yang  sangat  kecil.  Secara  fungsi  tidak  ada  bedanya dengan arduino uno. Perbedaan utamanya itu hanya terletak pada  ketiadaan jack  power DC  dan  pada  penggunaan konektor  Mini-B  USB.  Pada  chip  ATMega328  ini  juga memiliki arsitektur  Harvard ,  yaitu  dapat  memisahkan memori untuk kode programnya dan memori untuk datanya. Sehingga  dapat  memaksimalkan  kerja  dan  parallelism. Instruksi-instruksi  dalam  memori  program  ini  dieksekusi dalam satu alur yang tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan dengan instruksi berikutnya  yang sudah  diambil dari  memori  program.  Konsep  inilah  akan  memungkinkan suatu instruksi-instruksi yang dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock [1].
Pemrograman board Arduino Nano ini dilakukan dengan menggunakan  software  Arduino  (IDE).  Pada  chip ATMega328 yang terdapat pada Arduino Nano ini telah diisi program  awal  yang  disebut  dengan bootloader . Bootloader ini yang bertugas untuk memudahkan kita dalam melakukan suatu  pemrograman  yang  lebih  sederhana  lagi  dengan menggunakan  arduino  software  tanpa  harus  menggunakan tambahan hardware lainnya [3]. Agar dapat digunakan, kita hanya cukup hubungkan arduino dengan kabel USB ke PC, Mac, ataupun Linux. Development board Arduino Nano ini dapat  diberi  tenaga  dengan  power  yang  diperoleh  dari koneksi  kabel  Mini-B  USB  ataupun  via power  supply eksternalnya.  Pada  Arduino  Software  (IDE)  ini  terdapat monitor serial yang memudahkan data textual untuk dikirim menuju arduino atau keluar dari arduino.

## D. Motor Servo
Motor  Servo  adalah  sebuah  motor  DC  dengan  sistem umpan  balik  yang  tertutup  dimana  posisi  rotornya  akan diinformasikan kembali kepada rangakaian kontrol yang ada dalam  motor  servo.  Motor  ini  terdiri  dari  motor  DC, serangkaian  gear,  potensiomer,  dan  rangkaian  kontrol. Pemilihan motor servo ini sangatlah berperan penting untuk pergerakan  pada  kaki  robot  dalam  menetukan  cara  kerja dalam  melakukan  pergerakan.  Motor  servonya  juga  harus memiliki daya dan torsi yang cukup besar untuk  mengatasi berat total dari robotnya. Sedangkan sudut dari motor servo ini  diatur  dengan  berdasarkan  berapa  sudut  yang  akan  kita masukkan ke setiap kaki robot makan baru bisa mendapatkan lebar pulsanya. Robot quadruped ini memakai 8 motor servo mg996r [3].
Motor servo dapat dimanfaatkan pada pembuatan robot, salah  satunya  sebagai  penggerak  kaki  robot. Motor  servo dipilih sebagai penggerak pada kaki robot karena motor servo memiliki  tenaga  atau  torsi  yang besar,  sehingga  dapat menggerakan kaki robot dengan beban yang cukup berat [4]. Motor servo pada dasarnya dibuat  menggunakan motor DC yang dilengkapi dengan controler dan sensor posisi sehingga
dapat  memiliki gerakan  0º,  90º,  120º,  180º  atau  360º.  Tiap komponen pada motor servo diatas masingmasing memiliki fungsi sebagai controler, driver, sensor, gearbox dan aktuator. Motor  pada  sebuah  motor  servo  adalah  motor DC  yang dikendalikan  oleh  bagian  controler,  kemudian  komponen yang  berfungsi  sebagai  sensor  adalah potensiometer  yang terhubung pada sistem gearbox pada motor servo. Pada alat Aplikasi Accelerometer pada
Penstabil Monopod Menggunakan  Motor  Servo  memakai  motor  servo  MG996 180o.  Motor  servo  MG996 ini  adalah  versi  lebih  baru  dari servo motor seri MG946 dan MG995, servo motor berkinerja tinggi  dengan gear  logam  (metal  gear),  ball  bearing  ganda, 180° rotasi, kabel koneksi sepanjang 30 cm, dan dilengkapi dengan aksesoris untuk digunakan sesuai  kebutuhan. Servo motor  ini  cocok  untuk  aplikasi  yang membutuhkan  motor dengan  torsi  yang  memadai  hingga  13  kg.cm  (batas  stall torque  pada  7,2  Volt). Dibanding  pendahulunya  (MG995), servo  ini  bekerja  dengan  lebih  akurat,  lebih  cepat  dan responsif,  dan berdaya  lebih  kuat.  Pada  catu  daya  4,8  Volt yang merupakan tegangan minimum untuk mengoperasikan motor ini, kecepatan operasi motor ini mencapai 0,17 detik untuk  rotasi  60°  (pada  catu  daya  4,8  Volt  tanpa beban), dengan batas stall torque sebesar 9,4 kg.cm. Batas tegangan maksimum  sebesar  7,2  Volt,  namun  dianjurka  n  untuk membatasi  tegangan  catu  daya  pada  tingkat  6  Volt.  Pada tegangan  6  VDC,  motor  ini mampu  beroperasi  dengan kecepatan  0,14  detik  per  60°  (konsumsi  arus  tipikal  antara 500  mA  ~  900  mA) dengan  batas  stall  torque  sebesar  11 kg.cm (konsumsi arus maksimum / stall current 2,5 A).
E. Webcam M-Tech WB-100
Webcam  M-Tech  WB  -100  adalah  webcam  yang  hadir dengan desain bisa ditempatkan dimana saja ( Clip Anywhere) baik itu di meja, monitor PC ataupun notebook. Webcam ini sangat  mudah  untuk  diarahkankemana  saja  secara  manual dengan fungsi pivot bagian base-nya. Pemakaian webcam m- tech ini sangatlahmudah karena tidak memerlukan driver dan mendukung dengan banyak program, tinggal usb webcamnya dihubungkan ke usb PC ( Plug n Play ) [5].

## III. M ETODOLOGI P ENELITIAN
Pada tahapan penelitian ini akan menjelaskan mengenai langkah-langkah  pada  penelitian  sesuai  dengan  kerangka kerja  yang  telah  dibuat  seperti  studi  literatur,  menentukan spesifikasi kebutuhan sistem,  perancangan perangkat  keras, perancangan perangkat lunak, implementasi perangkat keras dan  perangkat  lunak,  validasi,  pengujian  dan  pengambilan data, analisis sistem, dan kesimpulan. Gambar 1 dibawah ini merupakan tahapan penelitian.
Perancangan  perangkat  keras  dilakukan  untuk mewujudkan terciptanya sebuah robot quadruped penghindar halangan  yang  sederhana  dan  penghindar  halangannya  ini dapat  dioperasikan  dengan  sensor  ultrasonik  untuk mengetahui jarak bila ia akan menghindar dan bila ada objek yang  berada  di  dekatnya.  Adapun  sistem  robot  yang  sudah dibuat dan dirancang sesuai dengan rangkaian blok diagram. Pembahasan  ini  dititik  beratkan  pada  perancangan  sebuah robot  yang  dibuat  dengan  berdasarkan  pemikiran  dan mengacu pada sumber yang terhubung pada robotnya. Pada
Gambar  2  dibawah  ini  adalah block  diagram perancangan sistem robot quadruped .
Gambar 1. Metodelogi penelitian
Gambar 2. Blok diagram perancangan sistem robot quadrupet

## IV. H ASIL D AN P EMBAHASAN
Pada  robot  quadruped  yang  dirancang  ini  maka  akan dilakukan  pengujian  untuk  mengetahui  kinerja  dari  sistem beserta  dengan  analisa  yang  telah  diperoleh.  Pengujian  ini dilakukan  dengan  terpisah  dan  menyeluruh  untuk memudahkan  dan  menganalisa  dan  menghindari  adanya suatu  kesalahan.  Pada  pengujian  robot  quadruped  ini, dilakukan  pada  bagian  hardware  dan  software  dengan pengambilan  data  sensor  jarak  dan  pada  bagian  penggerak robot quadruped ini ialah motor servo. Gambar 3 dibawah ini adalah  gambar  robot  quadrupednya  yang  di  hasilkan  pada penelitian ini.

## Gambar 3a. Robot quadruped tampak depan

## Gambar 3a. Robot quadruped tampak belakang
Pengujian  sensor  jarak  ini  dilakukan  untuk  mengetahui jarak yang akan dideteksi oleh sensor ultrasoniknya terhadap objek  yang  berada  didepan.  Sensor  ultrasonik  ini  bekerja dengan  cara  memantulkan  gelombang  ultrasonik  secara terus-menerus  bila  terdapat  objek  didepannya.  Lalu gelombang  ultrasonik  akan  memantul  dan  diterima  oleh receiver sensor, setelah itu baru bisa  jarak bisa didapatkan. Akurasi pada  sensor ultrasonik dengan jarak sesungguhnya ini masih kurang tepat karena masih mendapatkan nilai yang error dan penampilan perubahan nilainya juga masih begitu sangat cepat berganti.
Pada  saat  bergerak,  robot  akan  memutuskan  untuk manuver  jika  terdeteksi  objek  disekitarnya  dengan  jarak sampai dengan 60 cm. Manuver yang akan dilakukan robot adalah:
1. Jika  pada  bagian  depan  robot  terdeteksi  objek  yang menghalangi robot untuk bergerak maju, lalu robot akan tetap maju terlebih dahulu, selanjutnya akan melakukan manuver  berbelok  ke  kanan  dan  akan  bergerak  maju kembali.
2. Jika  pada  bagian  depan  dan  kanan  robot  terdeteksi sebuah  objek  yang  menghalangi  robot  untuk  bergerak maju,  lalu  robot  akan  tetap  maju  terlebih  dahulu, selanjutnya  akan  melakukan  manuver  berbelok  ke kanan karena jarak halangan yang terdeteksi oleh sensor yang  jauh  dari  halangan  ke  kanan  dan  akan  bergerak maju kembali.
3. Jika pada bagian depan dan kiri robot terdeteksi sebuah objek  yang  menghalangi  robot  untuk  bergerak  maju, lalu robot akan tetap maju terlebih dahulu, selanjutnya akan melakukan manuver berbelok ke kiri karena jarak halangan  yang  terdeteksi  oleh  sensor  yang  jauh  dari halangan ke kiri dan akan bergerak maju kembali.
4. Jika  terdeteksi  objek  penghalang  pada  bagian  depan, kanan,  dan  kiri  robot,  maka  robot  akan  tetap  berjalan maju dan mendeteksi jarak mana yang jauh maka robot akan belok ke arah yang lebih jauh itu
Robot  akan  secara  terus-menerus  membaca  keadaan sekitarnya  melalui  sensor  ultrasonik  dan  melakukan manuvernya seperti yang diatas sampai kemudia robot akan berhenti secara  manual.  Hasil Pengujian gerak robot dalam menghindari pengahalang terdapat pada Tabel 1.

## Tabel 1. Pengujian Gerak Robot Menghindari Penghalang
Jarak Real (cm) Jarak Baca Sensor (Cm) dan Waktu Tempuh (µs) Gerak robot Sensor Depan Sensor Kanan Sensor Kiri 60 60 (3511 µs) 200 (15533 µs) 200 (12172 µs) Maju, Selanjutnya Belok Ke Kanan 60 61 (3562 µs) 59 (3431 µs) 135 (7837 µs) Maju, Selanjutnya Belok Ke kanan 60 61 (3546 µs) 200 (15520 µs) 56 (3279 µs) Maju, Selanjutnya Belok Ke Kiri 60 62 (3614 µs) 55 (3211 µs) 57 (3362 µs) Maju, Selanjutnya Belok Ke Kiri
Pada  pengujian  gerak  motor  servo  ini  bertujuan  untuk mendapatkan  berapa  derajat  di  pergerakan  setiap  kakinya sesuai  dengan  perancangan.  PWM  motor  servo  ini
berdasarkan berapa sudut setiap kaki robotnya. Karena motor servo  standart  ini  perputaran  porosnya  hanya  180º.  Motor servo ini digunakan untuk mengontrol delapan motor servo yang dipasang pada masing-masing kaki robot. Motor servo ini  digunakan  juga  untuk  menggerakkan  kaki  robot.  Sudut setiap kaki pada robot ini tidak sama, karena robot ini berkaki empat. Pengujian pulsa motor servo terdapat pada Tabel 2.

## Tabel 2. Pulsa Motor Servo
Derajat Pulsa Keterangan 0 1.5 Netral 45 1.375 Searah Jarum Jam 83 1.625 Searah Jarum Jam 98 1.05 Searah Jarum Jam 45 1.375 Berlawanan Arah Jarum Jam 135 1.25 Berlawanan Arah Jarum Jam

## V. K ESIMPULAN
Berdasarkan  dari  penelitian  dan  pengujian  dalam perancangan Robot Quadruped dengan perilaku penghindar halangan,  maka  dapat  kesimpulan  yang  bisa  diambil  oleh penulis dari yaitu sebagai berikut:
1. Robot  menggunakan  3  sensor  jarak.  Dan  pemakaian sensor  ultrasonik  ini  sangat  membantu  proses penghindar  halangan  yang  berada  didepannya.  Saat robot  dijalankan  pertama-tama  ia  akan  mengecek dahulu  lingkungan  sekitarnya.  Pada  saat  didepan  ada halangan  yang  jauh  maka  robot  akan  tetap berjalan maju ke depan terlebih dahulu. Lalu, robot akan menghindar  ke  kanan  bila  jarak  sensor  kiri kurang dari jarak sensor kanan dan akan menghindar ke kiri  bila  jarak  sensor  kiri  lebih  besar  dari jarak sensor kanan. Sensor jarak ini diberikan jangkauan sensor  jarak  hanya  200  cm  agar  jarak  yang didapatkan tidak melebihi dari 200 cm. Hasil Pengkuran sensor jarak ini masih memiliki nilai error.
2. Pemakaian motor servo agar bisa bergerak dengan baik lagi  apabila  nilai  derajat  pada  setiap  kaki robotnya harus tepat dan sesuai.

## DAFTAR P USTAKA
[1] W.  Ansori,  S.  Hardhienata,  and  T.  A.  Zuraiyah,  “Sistem  Kontrol Robot  Beroda  Berbasis  Mikrokontroler  Atmega128  Menggunakan Speech Recognition Dengan Komunikasi Bluetooth Sebagai Transfer Data,” J. Online Mhs. Bid. Ilmu Komputer/Informatika , vol. 2, no. 2, 2014.
[2] A.  Darmawan  and  H.  Andrianto, ARDUINO  belajar  cepat  dan pemograman . Bandung: Informatika, 2016.
[3] N. Ahlina, “Sistem Kendali Motor Servo Sebagai Penggerak Kamera Pada  Robot  Boat  Pengintai  Menggunakan  Xbee  Series  1  Berbasis Arduino,” Politeknik Negeri Sriwijaya, 2015.
[4] A. K. Muhamad, “Aplikasi Accelerometer Pada Penstabil Monopod Menggunakan Motor Servo,” Politeknik Negeri SRIWIJAYA, 2016.
[5] S. H. Tirtamiharja and others, “Perancangan automatic tower crane berbasis mikrokontroler AT89S51,” SKRIPSI-2012 , 2016.